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數據中心機房供電配電系統如何設計

2020-7-23 14:48:10  瀏覽人數:

數據中心機房供電配電系統如何設計

1、機房精密空調供配電系統的布置

數據中心機房供配電系統主要設備有:UPS、電池、配電柜和柴油發電機等。這些設備單位占地面積、重量大,對于這些設備的擺放位置既要考慮功能上的需求,又要考慮空間和承重的需要,還要考慮對外界的危害。

數據中心機房供電系統應有獨立的配電間、變配電所,UPS 電源機房應靠近設備機房(負荷中心)布置,這樣能保證從UPS輸出到用電設備之間的壓降和損耗盡可能的小。UPS 電源主機、配電柜與蓄電池組是否需要分隔,按照數據中心等級的要求決定,另外還需要考慮到UPS屬于大型設備,重量比較大,噪聲大,需要擺放在一個承重比較好,并且不影響辦公和休息環境的地方。配電柜位置的選擇,主要考慮功能上的需求,配電柜應在滿足功能分區的基礎上,盡可能靠近供電負載。發電機房宜設置在地面一層,當發電機房設置于地下層時,應特別注意進、出風通道能否滿足要求,應注意發電機組儲油裝置(日用油箱、儲油罐)的消防要求。

變配電所、發電機房、UPS 電源機房均應留有足夠的面積,可與設備機房同步發展,應對設備機房面積擴展或設備機房功率密度上升引起的供電需求。于非專門設計用于數據中心的建筑,應注意其是否滿足設備安裝和線路敷設的要求,包括樓面荷載、凈高、抗震等級、耐火等級等方面。

數據中心機房專用空調供電配電系統如何設計

2、供配電系統設計

2.1、市電動力配電系統設計

市電動力配電主要用于供給機房精密空調設備、普通照明和給排風、維修插座、一般動力、UPS設備等。市電動力配電一般由大樓總配電柜饋出的動力供配電系統,采用50Hz交電,380/220V三相五線電源,TN-S接地方式,零線和地線分開設置且零地線之間電壓小于1V。

一般可靠性要求數據中心宜引入兩路市電電源,條件受限制時也可引入一路市電電源。引入兩路市電電源時,宜為冗余關系,也可作為供電容量擴展關系。

每一路市電電源的供電容量應能滿足全部一、二級負荷的需求,包括UPS電源系統、機房精密空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備中的一、二級負荷。兩路市電電源的供電容量應為全冗余,正常時應同時供電運行,兩路電源在負荷設備輸入端自動切換。

市電動力配電柜一般采用放射式配電直接配至各用電設備或電箱,機房內所有動力配電線纜必須設計橋架或鋼管敷設,市電動力配電柜具有火警聯動保護功能,出現火警時可與消防系統聯動及時切斷電源,動力配電柜、照明箱內的開關和主要元器件應設置有效的防雷措施。

2.2、自備應急電源系統設計

數據中心一般采用柴油發電機組作為自備應急電源,對于大型、高等級數據中心也可以選擇可靠性高、輸出電源品質好、帶非線性負載能力強、體積小、重量輕的大功率燃氣輪機發電機組。一般可靠性要求的數據中心宜配置一路自備應急電源,供電容量應能滿足全部一、二級負荷的需求,包括UPS 電源系統、機房恒溫恒濕空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備中的一、二級負荷。當數據中心條件受限制,且市電電源具有較高可靠性時,也可以部分或全部采用移動式發電機組作為自備應急電源。發電機組燃料儲備量應根據數據中心等級的要求,結合市電電源可靠性、供油可靠性、消防要求綜合決定,一般不宜少于發電機組滿負荷運行8小時的用油量。

2.3、UPS供配電系統設計

UPS配電主要用于計算機設備、恒溫恒濕機、服務器、小型機、存儲、網絡設備、保安監控設備等。UPS 電源系統輸出一般采用三級配電方式:系統輸出配電柜——機房配電柜——機柜配電單元。

UPS電源系統蓄電池組容量的計算方法有以下兩種:

(1) 按負荷電流計算;

(2) 按負荷功率計算;

按負荷電流計算的結果是蓄電池組的總容量,然后再選擇單組蓄電池的容量和組數。按負荷功率計算的結果是選定容量規格的蓄電池組數。兩種計算方法的結果可互相校驗。

對于單電源輸入設備,即使已采用雙單元冗余UPS 電源系統,也宜將其連接在其中一個單元上。對于雙單元冗余UPS電源系統,可將其每個單元中的部分容量視為并聯冗余性質。對于需要雙回路供電的單電源輸入設備,宜在其輸入端設置靜態轉換開關STS。靜態轉換開關STS 的性能應能滿足其要求,一般轉換時間小于5——10ms。

當負荷設備對零——地電壓要求較高時,可在機房配電柜設置隔離變壓器。有時候,為保證UPS故障旁路后輸出高質量電源,往往在UPS旁路輸出端設置隔離變壓器。

數據中心UPS供配電系統一般采用冗余方式供電,很少采用單機供電。冗余方式供電能在一臺UPS設備故障時,仍然能夠滿足機房內重要設備的用電需求,這是單機供電所不能達到的。從冗余式配置方案來看,常用的有以下幾種方式:

(1)、熱備份式冗余UPS供電方式

主機帶負載,備機空載或帶非重要負載,備機接入主機的BYPASS(旁路)輸入端。這種方式布置比較靈活,不需要兩臺UPS同品牌,而且不要增加額外輔助電路,不增加購置成本。如果UPS主機發生了故障,那么UPS備機必須接替全部負載,這也就意味著設計時必須計算好UPS主機故障時,UPS備機所需承擔的總負載。此方式的缺陷在于UPS備機得具有階躍性負載承載能力,無法對電源系統進行擴容,兩臺容量不同的UPS相聯,只能按最小的UPS容量輸出。

(2)、直接并機冗余UPS供電方式

為克服熱備份式冗余供電系統的弱點,隨著UPS控制技術的進步,具有相同額定輸出功率的UPS可直接并聯而形成冗余供電系統,為保證高質量的并機系統,各電源間必須保持同頻、同相、且各機均流。此供電方式瞬間過載能力強,能夠自動均分功率,系統互為主備,提高供電可靠性,電源系統擴容方便。但是存在著環流,增加無功損耗,降低系統可靠性,需增加額外輔助電路,隨之而來是增加成本,增加故障點。設計時,如2臺互備,每臺按照50%帶載能力考慮,并聯的主機越多,單臺主機的帶載能力就越低。

(3)、雙總線冗余供電方式

雙總線供電方式是采用兩條總線對后端設備進行供電,每條總線上具有相同的一套UPS供電方式,消除可能出現在UPS輸出端與最終用戶負載端之間的“單點瓶頸”故障隱患,以提高輸出電源供電系統的“容錯”功能。此供電方式能夠在線維護,在線擴容,在線升級,改善了重要總線的可用性,滿足了雙電源用電設備的需求,真正實現了7×24×365運行的目標。但是雙總線冗余供電方式相當于搭建了兩套前述供電方式的回路,需要增加2倍以上的成本。同時,為滿足單電源設備的供電需求,可在輸出端安裝STS,來保證供電輸出的可靠性。

數據中心機房供電配電系統如何設計3、供配電設備的安裝和線路敷設

機房UPS、精密空調電源系統輸入應設置專用的輸入配電柜。電源系統輸入配電柜應引接兩路電源、自動切換。UPS 電源主機的主電源和旁路電源應分別引入,并宜由不同的輸入配電柜引接。UPS電源系統輸出應采用放射式、雙回路配電方式。UPS 電源系統輸出應采用三相配電,末端分相,以利三相平衡。

機房配電柜、UPS電源柜落地安裝,動力配電箱、照明配電箱底邊距地1.4m墻上暗裝,配電柜及其他電氣裝置的底座應與建筑樓地面牢靠固定,并接地,機房內應分別設置維修和測試用插座,且有明顯區別標志,測試用電源插座應由UPS供電,維修插座由市電供電。所有線路的敷設是要以設備布局和設計圖紙為基礎進行,設計時考慮供電距離盡量短,機房內的電源線、信號線和通信線應分別鋪設,不能共走同一線槽,UPS電源配電箱()引出的配電線路,穿鍍鋅鋼管,沿機房活動地板下敷設至各排網絡或服務器機柜,使用插座或工業連接器為機柜供電。

數據中心機房供電配電系統如何設計

4、可靠接地

數據中心應采用聯合接地方式,將圍繞建筑物的環形接地體、建筑物基礎地網及變壓器地網用接地銅牌相互連通,重要機房內由銅編織帶組成聯合地網。所有的配電柜和配電箱的金屬框架及基礎型鋼必需接地(PE)可靠。門和框架的接地端子間用裸編銅線連接。照明配電箱內的漏電保護器的動作電流不大于30mA,動作時間不大于0.1s,接地(PE)支線必須單獨與接地(PE)干線相連接,不得串聯連接,UPS電源柜輸出端的中性線(N),必須與由接地裝置直接引來的接地干線連接,作重復接地,聯合接地電阻小于4Ω,單獨接地小于1Ω,當燈具距地面高度小于2.4m時,燈具的可接近裸露導體必須接地(PE)可靠,并應有專用接地螺栓和標識,外電源進線至機房電源管理間時,應將電纜的金屬外皮與接地裝置連接。金屬電纜橋架及其支架全長應不少于2處與接地(PE)干線相連接,電纜橋架間連接板的兩端跨接銅芯接地線,接地線最小允許截面積不小于6mm2,接地(PE)在插座間不串聯連接。

數據中心機房供電配電系統如何設計5、機房防靜電

由于靜電對計算機設備有較大影響,所以機房的防靜電技術就非常重要,目前,機房防靜電措施主要是在機房地面敷設防靜電地板,地板間通過橫梁精密連接成一個整體,并與地板下接地銅牌連接,地板基材采用全鋼、鋁合金、硫酸鈣等材質,機房墻面采用彩鋼板或刷防靜電涂料,天花安裝金屬吊頂板,起到靜電屏蔽作用,防止外界強磁場的干擾。

數據中心機房供電配電系統如何設計6、末端PDU

 

以上就是數據中心機房供電配電系統如何設計的全部內容了,其實若數據中心中存在不同等級的功能區域,在供配電系統設計中也應區別對待,以減少不必要的建設投資和運營成本。

 


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